L’idrogeno verde è al centro del dibattito sulle energie rinnovabili per il suo potenziale ruolo nella transizione energetica globale. Tuttavia, produrlo in modo pulito e conveniente continua a essere una sfida tecnologica. Un recente progresso raggiunto da un gruppo di ricercatori cinesi potrebbe rappresentare un punto di svolta, grazie a una nuova tecnica che migliora significativamente l’efficienza della produzione di idrogeno tramite la luce solare, utilizzando materiali economici e abbondanti.
Una nuova frontiera nella produzione di idrogeno
La scissione fotoelettrochimica dell’acqua, o PEC, è considerata una delle soluzioni più promettenti per ottenere idrogeno verde direttamente dalla luce solare. Questo processo, che separa le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno, non richiede alimentazione esterna né genera emissioni dirette di CO₂. Tuttavia, i materiali finora impiegati hanno mostrato limiti di efficienza e costi elevati.
Il team di ricerca cinese ha focalizzato l’attenzione su un composto noto come CZTS (solfuro di rame, zinco e stagno). Questo fotocatodo è composto da elementi comuni e accessibili, a differenza di altri materiali che impiegano metalli rari come gallio o indio. Nonostante l’interesse crescente, l’efficienza del CZTS era finora bloccata sotto l’8%, a causa di difetti strutturali che ostacolavano la conversione della luce.
La svolta: ingegneria dei cristalli e record di efficienza
Il progresso è arrivato con l’introduzione dell’approccio PSLE, acronimo di “ingegneria dello strato di semi precursori”. Questo metodo consente di controllare la crescita dei cristalli del materiale, riducendo i difetti e migliorando la durata dei portatori di carica, elemento chiave per la conversione solare.
Il fotocatodo realizzato con CZTS, combinato con CdS, TiO₂ e Pt, ha raggiunto un’efficienza di conversione del 9,91%, segnando un nuovo record per materiali di questo tipo. Inoltre, ha generato una fotocorrente di 29,44 mA/cm², vicinissima al limite teorico di 30,49 mA/cm², dimostrando il grande potenziale tecnico della soluzione.
Verso l’idrogeno direttamente dal mare
Oltre ai risultati in laboratorio, i ricercatori hanno testato il sistema in condizioni reali, costruendo una cella tandem CZTS–BiVO₄ capace di funzionare direttamente in acqua di mare naturale. Questo prototipo ha raggiunto un’efficienza del 2,20%, aprendo la strada alla produzione su larga scala di idrogeno marino, una prospettiva interessante per paesi con ampie risorse costiere.
L’approccio proposto consente una riduzione dei costi dei materiali superiore al 70% rispetto ad altre tecnologie e risulta compatibile con i metodi industriali di produzione, come il roll-to-roll, che facilitano la scalabilità.
L’utilizzo del CZTS e delle tecniche innovative associate rappresenta un passo significativo verso una produzione di idrogeno solare efficiente e a basso costo. Questo potrebbe accelerare l’integrazione dell’idrogeno verde nel panorama energetico, contribuendo allo sviluppo di una economia circolare e sostenibile basata su combustibili solari.
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